## PEMBUATAN BLOK REM KOMPOSIT SEBAGAI PENGGANTI BLOK REM KONVENSIONAL PADA MODA TRANSPORTASI KERETA API INDONESIA
Eko Widodo 1 , Agung Sumarno 1 , Ismadi 1
1 Pusat Penelitian Biomaterial LIPI Jl. Raya Bogor Km 46. Cibinong. Kab Bogor eko.widodo.100@gmail.com

## ABSTRACT
Composite brake block had been getting attention as a substitute of conventional brake block. The reason is because brake  block  composite  is  lighter,  sturdier  and  easy  to  set  up.  In  this  research  we  tried  to  make  composite  brake block with coconut shell charcoal. The coconut shell charcoal was used as substitute of graphite which is used as friction  modifier.This  study  was  done  in  Reseach  Center for  Biomaterials,  Indonesian Institute  of  Sciences.  Brake block composite was molded according to the size of brake block T 358 N. The compositions of the composite brake block  were  alumina  (Al 2 O 3 ),  coconut  shell  charcoal/graphite,  barium  sulphate  (BaSO 4 ),  phenolic  resin,  calcium hydroxide  (Ca(OH) 2 ),  ferum,  nitrile  butadiene  rubber,  dan  coconut  fiber.  Samples  were  made  with  variation  of composition  :  Sample  A  with    100%  coconut  shell  charcoal,  Sample  B  with  50  %  coconut  shell  charcoal  –  50% graphite dan Sample C with 100% graphite. The sampel was tested by soak test, soak test and oven, hardness test, bending test and compression test. R`esult showed that sample B with density of 1.955 g/cm 3 , compression strenght of  3308.6  n/mm 2 ,MOR  of  2379.3  N/mm 2 ,  MOE  of  305079  N/mm 2 ,  dan  hardness  85.3  of  HRR    has  the  best properties. Sample B partly met the PT KAI’s brake block standard. Keywords : Coconut shell charcoal, composite brake block

## ABSTRAK
Blok rem komposit mulai diminati sebagai pengganti blok rem konvensional. Hal ini dikarenakan pemakaian blok rem  komposit  lebih  menguntungkan  dibandingkan  dengan  blok  rem  konvensional  antara  lain  adalah  lebih  ringan, lebih awet, dan pemasangannya lebih mudah. Pada penelitian ini, dilakukan pembuatan blok rem komposit dengan menggunakan  arang  tempurung  kelapa.  Arang  tempurung  kelapa  dipakai  sebagai  pengganti  grafit  yang  berfungsi sebagai  material  gesek  .  Penelitian  ini  dilakukan  di  Pusat  Penelitian  Biomaterial  LIPI.Blok  rem  komposit  dicetak sesuai ukuran blok rem tipe T 358 N. Komposisi penyusun blok rem komposit yaitu alumina (Al 2 O 3 ), grafit/arang tempurung  kelapa,  barium  sulfat  (BaSO 4 ),  phenolic  resin,  kalsium  hidroksida  (Ca(OH) 2 ),  serbuk  besi,  nitrile butadiene rubber, dan serat sabut kelapa.  Penelitian ini dilakukan dengan memvariasikan beberapa sampel  dengan sampel  A  100%  arang  ,  sampel  B  50%  arang-50%  grafit,  dan  sampel  C  100%  grafit.  Pengujian  yang  dilakukan adalah  uji  rendam,  uji  rendam  dan  oven,  uji  kekerasan,  uji  bending,  dan  uji  tekan.  Hasil  pengujian  menunjukkan bahwa  sampel  B  dengan  kerapatan  1,955  g/cm 3 ,  kuat  tekan  3308,6  n/mm 2 ,MOR  2379,3  N/mm 2 ,  MOE  305079 N/mm 2 , dan kekerasan 85,3 HRR memiliki sifat yang lebih baik karena sebagian memenuhi spesifikasi teknik PT. KAI.
Kata Kunci: Arang tempurung kelapa, blok rem komposit

## I. PENDAHULUAN
Perkembangan Industri kereta api meningkatkan  jumlah  kebutuhan  komponen pendukungnya,  salah  satunya  adalah  blok  rem kereta  api.  Pada  tahun  2014  PT.  Kereta  Api Indonesia  telah  memiliki  lokomotif  sebanyak 582 unit, dan gerbong 6,387 unit.(anonim, 2014) Dalam satu tahun industri kereta api membutuhkan  408  ribu    unit  blok  rem  untuk kebutuhan gerbong kereta saja.
Komposit  berbasis  karbon  mulai  diminati dan berkembang  terutama untuk  komponen rem otomotif,
kereta api dan pasawat terbang.(Blanco  et  al.,1997)  Komposit  berbasis karbon  ini  mempunyai  kekuatan  tinggi,  tahan aus,  tahan  panas,  dan  memiliki  kerapatan  yang rendah,  sehingga  sangat  sesuai  digunakan sebagai bahan blok rem untuk sarana transportasi.(Policandriotes  et  al.,  2011)  Dalam industri  kereta  api,  blok  rem  komposit  mulai diminati untuk menggantikan blok rem konvensional berbahan metal. Blok rem
komposit lebih disukai karena lebih ringan, lebih awet,  dan  tahan  aus,  dan  mudah  untuk  bongkar pasang.(Ismadi  et  al.,  2014)  Untuk  saat  ini industri  kereta  api  di  Indonesia  sudah  memakai blok rem komposit.(Yulianto et al., 2009)
Blok  rem  komposit  memiliki  komposisi dari  beberapa  material  yang  dicampur  menjadi satu.  Salah  satu  komposisi  utama  blok  rem komposit  adalah  material  gesek  contohnya adalah grafit. Grafit pada umumnya berasal dari bahan  tambang  yang  tidak  diperbarui.  Pada penelitian ini, penggunaan grafit akan digantikan oleh  arang  tempurung  kelapa.  Pada  penelitian sebelumnya,  penggunaan  bahan  alam  yaitu karbon  tempurung  kelapa  dalam  campuran karbon  batubara  sebagai  campuran  bahan komposit  dengan  matriks coal  tar  pitch mampu meningkatkan  nilai  kekerasan  dan  laju  aus. (Pramono  et  al.,  2011),  (Pramono  et  al.,  2012) Arang tempurung kelapa adalah bahan terbarukan  yang  sangat  melimpah  di  Indonesia. Kelimpahan  arang  tempurung  kelapa  terlihat dengan  hasil  ekspor  sebesar  29,493  ton  per tahun.  (Mahmud  et  al.,  2005)  Penelitian  ini bertujuan  untuk  membuat  blok  rem  komposit menggunakan  arang  tempurung  kelapa  sebagai material subtitusi grafit pada blok rem komposit kereta  api  yang  dapat  dimanfaatkan  sebagai moda transportasi kereta api di Indonesia.

## II. TINJAUAN PENELITIAN
Blok  rem  kereta  api  adalah  alat  yang berfungsi  untuk  mengurangi  kecepatan  atau menghentikan  laju  kereta  api  melalui  proses gesekan.  Blok  rem  komposit  adalah  blok  rem yang  memiliki  bahan  baku  dua  jenis  material atau  lebih.  Bahan  baku  blok  rem  komposit terdiri  dari  pengisi,  penguat,  perekat  dan material  gesek.(Sutikno  et  al.,  2010),  (Alam  et al.,  2012)  Material  gesek  adalah  salah  satu komponen  penting  yang  berfungsi  mengubah energi kinetik menjadi  energi panas pada waktu pengereman.(Eriksson  et  al.,  2002)  Material gesek  juga  berfungsi  meningkatkan  kekuatan dan  kekakuan,  dan  mengurangi  kebisingan waktu pengereman.(Armaslow et al., 2013)
Untuk  mestandarkan  kualitas  blok  rem kereta api, PT. KAI menetapkan spesifikasi yang
harus dipenuhi oleh blok rem kereta api dengan bahan logam maupun bahan komposit. Spesifikasi teknik yang harus dipenuhi oleh blok rem kereta api dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel  1 . Spesifikasi  teknik  rem  kereta  api.(Anonim, 2009)
No Sifat  Fisik  & Mekanik Spesifikasi Teknik 1 Kerapatan, g/cm 3 1,8 – 2,4 2 Koefisien gesek 0,14 – 0,22 3 Kekerasan, HRR 70 – 105 4 Kekuatan tekan, N/mm 2 Min. 25 5 Kekuatan Bending/ Modulus of rupture, (MOR) N/cm 2 2400 – 4000 6 Kekuatan geser, N/cm 2
1500 - 3500 7 Modulus Young/ Modulus of elasticity (MOE) , N/cm 2 24000 - 150000
8 Konduktifitas termal, W/m.K
Min. 0,8 9 Ketahanan panas operasional 250 ° C Hasil : tidak meleleh dan tidak terbakar untuk pemakaian terus menerus
>500 ° C Hasil : boleh terbakar namun tidak menimbulkan nyala api

## III. METODE

## Pembuatan Sampel
Penelitian  ini  dilakukan  di  Pusat  Penelitian Biomaterial  LIPI.  Sampel  blok  rem  komposit dibuat sesuai dengan ukuran blok rem kereta api tipe T 358 N. Sampel blok rem komposit dibuat dengan  komposisi  penyusun  yaitu  alumina (Al 2 O 3 )  10%,  grafit/arang  tempurung  kelapa 25%,  barium  sulfat  (BaSO 4 )  16,75%,  phenolic resin  14,75%,  kalsium  hidroksida  (Ca(OH) 2 ) 12,5%,  serbuk  besi  14  %,  nitrile  butadiene rubber 5%, dan serat sabut kelapa 2%. Sebelum digunakan,  tempurung  kelapa  diarangkan  pada suhu  400°C  dan  dilanjutkan  pada  suhu  800°C kemudian arang tersebut dihaluskan dan disaring dengan  ukuran  lolos  saringan  40  mesh.  Sampel blok rem dibuat  dengan  mencampurkan terlebih dahulu  semua  bahan  baku.  Setelah  dicampur, campuran  bahan  baku  diayak  pada  saringan  40 mesh  supaya  menghilangkan  gumpalan  dan menambah homogenitas.  Bahan baku kemudian
dimasukkan  ke  dalam  cetakan,  dan  dilakukan penekanan  panas  dengan  suhu  250 o C  selama  2 jam.  Sampel  dikeluarkan  dari  cetakan  dan mengalami  proses post  curing pada  suhu  60 o C selama  24  jam.  Sampel  dibuat  dalam  3  variasi dengan  5  kali  pengulangan  yaitu  sampel  A menggunakan arang 100%, sampel B menggunakan  50%  arang-50%  grafit,  dan sampel C menggunakan 100% grafit.

## Pengujian Sifat Fisik dan Mekanik
Sampel  yang  telah  dibuat  kemudian dipotong  sesuai  dengan  kebutuhan  dimensi sampel uji dari masing-masing standar pengujian. Pengujian kerapatan dilakukan dengan membandingkan massa terhadap volume sampelnya  dengan  satuan  g/cm 3 .  Pengujian  ini mengacu  pada  ASTM  D792-08.    Sampel berukuran  12,7  mm  X    12,7  mm  X  12,7  mm ditimbang sebanyak tiga kali ulangan. Pengujian rendam  dilakukan  dengan  dua  cara.  Cara  yang pertama  menggunakan  sampel  ukuran  12,7  mm x  12,7  mm  x  12,7  mm  direndam  selama  7  hari dengan  pengambilan  data  setiap  24  jam.  Untuk cara  yang  kedua  menggunakan  sampel  ukuran 12,7  mm  x  12,7  mm  x  12,7  mm  direndam  dan dioven  selama  10  hari  dengan  pergantian  dan pengambilan  data  setiap  24  jam.  Pengujian kekuatan  tekan  dilakukan  untuk  mengetahui kekuatan  tekan  dari  sampel  blok  rem  komposit dengan  mengacu  pada  standar  ASTM  D695-10 menggunakan universal testing machine Shimadzu  AG-4S.  Ukuran  uji  sampel  pada pengujian ini adalah 15 mm x 15 mm x 25 mm. Pengujian  bending  dilakukan  untuk  mengetahui MOR  dan  MOE  dari  sampel  dengan  mengacu pada  standar  ASTM  D790-10  menggunakan universal testing machine dengan ukuran sampel uji  15  mm  x  10  mm  x  80  mm.  Pengujian kekerasan  ditujukan  untuk  mengetahui  nilai kekerasan  material  rem  komposit  dengan mengacu pada standar ASTM E18-08. Pengujian dilakukan  dengan  menggunakan  mesin  uji Rockwell  di  Balai  Besar  Bahan  dan  Barang Teknik dengan dimensi sampel 35 mm x 35 mm x 16 mm. Pengujian kekerasan dilakukan dengan mengambil  tiga  tempat  yang  berbeda  pada sampel,  dan  nilainya  diambil  rata-rata  hasil pengujian tersebut.

## IV. HASIL DAN DISKUSI

## Uji Rendam
Hasil  dari  uji  rendam  dapat  dilihat  pada Tabel  2.  Sampel  A  memiliki  penambahan volume  yang  kecil  tetapi  memiliki  penambahan massa yang besar. Hal ini berarti sampel A dapat menyerap  air  dalam  jumlah  yang  lebih  besar dengan perubahan dimensi yang kecil. Sedangkan  sampel  B  dan  sampel  C  memiliki penambahan volume yang besar dengan penambahan  massa  yang  kecil.  Hal  ini  berarti kedua sampel tahan terhadap penyerapan namun memiliki perubahan dimensi yang kurang stabil.
Tabel  2 .  Hasil  pengujian  rendam  sampel  komposit untuk  blok  rem  kereta  api  selama  tujuh hari Sampel Penambahan tebal (%) Penambahan volume (%) penambahan massa (%) A 0,60 2,90 7,04 B 1,22 4,67 4.33 C 1,81 8,14 6.49
Pada  tabel  3  adalah  hasil  dari  pengujian rendam dan oven. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui  sifat  fisik  blok  rem  ketika  pada kondisi  sebenarnya.  Dari  data  tersebut  dapat dilihat  bahwa  sampel  A  memiliki  perubahan dimensi dan perubahan massa yang paling kecil.
Tabel  3 .  Hasil  pengujian  rendam  dan  oven  sampel komposit untuk blok rem kereta api selama sepuluh hari Sampel kembang susut tebal (%) kembang susut Volume (%) perubahan massa (%) A -0,34 -> 0,51 -0,15 -> 1,54 -1,45 -> 3,80 B 0 -> 1,01 0 -> 4,18 -1,20 -> 4,43 C 0 -> 1,72 0 -> 5,38 -1,30 -> 4,40 Kerapatan
Hampir seluruh komposit memenuhi spesifikasi teknik yang ditetapkan oleh PT. KAI untuk  kerapatan  (1,8-2,4  g/cm 3 ),  kecuali  untuk sampel  A  (1,747  g/cm 3 ).  Hal  ini  terjadi  karena kerapatan  dari  tempurung  kelapa  lebih  rendah dibandingkan  grafit.  Sampel  B  memiliki kerapatan  tertinggi  karena  arang  dapat  mengisi
celah  pada  grafit.    Kerapatan  komposit  dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1 . Kerapatan dari komposit untuk blok rem kereta api

## Kuat Tekan
Kuat  tekan  pada  Gambar  2  menunjukkan bahwa  sampel  A  memiliki  nilai  yang  sangat rendah  karena  sampel  A  mudah  hancur  waktu ditekan.  Kerapatan  yang  rendah  adalah  salah satu faktor rendahnya kekuatan tekan sampel A. Sampel  B  memiliki nilai terbaik dengan standar deviasi  paling  rendah.  Sampel  C  memiliki standar  deviasi  yang  tinggi  karena  komposisi blok rem tidak bisa menyebar merata.
Gambar 2 . Kuat tekan dari komposit untuk blok rem kereta api
MOR
Nilai  MOR  dari  sampel  pada  Gambar  3 seluruhnya  belum  memenuhi  nilai  spesifikasi teknik blok rem kereta api dari  PT.  KAI (2400- 4000  N/cm 2 )  meskipun  ada  yang  mendekati standar.  Namun  jika  dilihat  pada  penerapannya sebagai  blok  rem  kereta  api,  kekuatan  patah yang  lebih  rendah  dari  spesifikasi  yang ditetapkan    ini  tidak  terlalu  berpengaruh  karena terbantu oleh keberadaan backing plate [4] .
Gambar  3. MOR  dari  komposit  untuk  blok  rem kereta api

## MOE
Nilai  MOE    sampel  berada  di  atas  nilai spesifikasi  teknik  dari  PT.  KAI  (24000-150000 N/cm 2 )  kecuali  pada  sampel  A.  Sampel  B memiliki  nilai  tinggi  karena  dipengaruhi  oleh kerapatannya. Nilai dari MOE dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar  4 .  MOE  dari  komposit  untuk  blok  rem kereta api
1,747 1,955 1,898 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 A B C Ke rapatan (g/cm 3 ) Sampel 0 5 10 15 20 25 30 35 40 A B C Kuat Tekan N/ mm 2 sampel 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 A B C MO R N/ cm 2 sampel 0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 A B C MO E N/ cm 2 sampel

## Kekerasan
Hasil pengujian menunjukkan bahwa sampel  A  tidak  memenuhi  nilai  minimum kekerasan  yang  ditetapkan  dalam  spesifikasi teknik  PT.  KAI  (70-105).  Sampel  B  memiliki kekerasan terbaik karena berada ditengah-tengah spesifikasi, sedangkan sampel C lebih keras dari sampel  B  karena  mengandung  banyak  grafit yang  memiliki  kekerasan  yang  tinggi.  Nilai selengkapnya  untuk  kekerasan  komposit  dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5 . Kekerasan dari komposit untuk blok rem kereta api

## V. KESIMPULAN
Blok  rem  komposit berbahan  arang tempurung  kelapa  dapat  digunakan  sebagai pengganti  blok  rem  konvensional  pada  moda transportasi kereta api indonesia. Subtitusi arang 50%  pada  sampel  B  memiliki  sifat  fisik  dan mekanik  yang  paling  baik  sebagai  komposisi rem komposit dan sebagian memenuhi spesifikasi teknik PT. KAI.

## DAFTAR PUSTAKA
Alam,  H.S.,  Pudja,  I.G.N.W.  dan  Triono,  A.
(2012).  Penentuan  parameter  produksi material  rem  ramah  lingkungan  untuk
aplikasi  kereta  api  menggunakan  serat tandan  kosong  kelapa  sawit  sebagai penguat. Jurnal  Energi  dan  Manufaktur, 5(1),pp. 89-97.
Almaslow,  A.,  Ghazali,  M.  J.,  Talib,  R.  J., Ratnam,  C.  T.  And  Azhari,  C.  H.  (2013). Effects  of  epoxidized  natural  rubber- alumina nanoparticles (ENRAN)
composites  in  semi-metallic  brake  friction materials. Wear , 302(1-2), pp. 1392–1396.
Anonim.  (2009).  Technical  Spesification  of Railway  Composite  Brake,  Indonesian Railway Company (PT. KAI).
Anonim.  (2014).  Laporan  tahunan  PT.  Kereta Api tahun 2014.
Blanco,  C.,  Bermejo,  J.,  Marsh,  H.  and Menendez. (1997). Chemical and physical properties  of  carbon  as  related  to  brake performance. Wear, 2(13), pp. 1-12.
Eriksson,  M.,  Bergman,  F.  and  Jacobson,  S.
(2002). On the nature of tribological contact in automotive brakes, Wear, 252, pp.26–36.
Ismadi,  Budiman,  I.,  Subyakto,  Munawar,  S.S.,
Kusumaningrum, W.B., Alam, H.M., Pramono, A.E. dan Jayadi. (2014).
Pengaruh substitusi arang tempurung kelapa,  serat  sabut  kelapa  dan  tandan kosong kelapa sawit terhadap sifat fisik dan mekanik  komposit  untuk  penggunaan  blok rem kereta api. Prosiding Seminar Nasional MAPEKI XVII , pp. 113-118.
Mahmud,  Z.  dan  Ferry,  Y.  (2005).  Prospek pengolahan  hasil  samping  buah  kelapa. Perspektif , 4 (1), pp. 55–63.
Policandriotes, T. and Filip, P. (2011). Effects of selected nanoadditives on the friction and wear performance of carbon-carbon aircraft  brake  composites. Wear 271,  pp.
2280-2289.
Pramono, A.E., Zulfia, A. and Soedarsono, J.W.
(2011).  Physical  and  mechanical  properties of carbon-carbon composites based coconut shell  waste. Journal  of  Materials  Science and Engineering, 5, pp. 12-19.
-10 10 30 50 70 90 110 Kek era san (HR R) Sampel A B C
Pramono, A.E., Zulfia, A. and Soedarsono, J.W.
(2012).  Effect  of  density  to  the  electrical conductivity  of  carbon-carbon  composite made  of  the  mixture  of  organic  waste carbon. Journal  of  Materials  Science  and Engineering, A2(5), pp. 402-409.
Sutikno,  M.,  Marwoto,  P.  and  Rustad,  S.  2010.
The  mechanical  properties  of  carbonized
coconut char powder-based friction materials. Carbon, 48, pp. 3616-3620.
Yulianto,  A.  (2009).  Pemanfaatan  limbah geram/chip  besi  cor  sebagai  substitusi bahan dasar pembuatan blok rem kereta api melalui  proses  peleburan  ulang/remelting.
Prospect, 5 (8, pp. 24-36.